package com.example.algorithm.tree.redBlackTree;

/**
 * 红黑树
 *
 * @param <Key>
 * @param <Value>
 */
public class RedBlackTree<Key extends Comparable<Key>, Value> {
    /**
     * 根节点
     */
    private Node root;

    /**
     * 记录树中元素的个数
     */
    private int N;

    /**
     * 红色链接
     */
    private static final boolean RED = true;

    /**
     * 黑色链接
     */
    private static final boolean BLACK = false;

    /**
     * 结点类
     */
    private class Node {
        /**
         * 存储键
         */
        public Key key;

        /**
         * 存储值
         */
        public Value value;

        /**
         * 记录左子节点
         */
        public Node left;

        /**
         * 记录右子节点
         */
        public Node right;

        /**
         * 由其父节点指向它的颜色
         */
        public boolean color;

        public Node(Key key, Value value, Node left, Node right, boolean color) {
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.left = left;
            this.right = right;
            this.color = color;
        }
    }

    /**
     * 获取树中元素的个数
     *
     * @return
     */
    public int size() {
        return N;
    }

    /**
     * 判断当前结点的父节点指向的链接是否是红色
     *
     * @return
     */
    private boolean isRed(Node x) {

        if (x == null) {
            return false;
        }

        return x.color == RED;
    }

    /**
     * 左旋
     *
     * @param h
     * @return
     */
    private Node rotateLeft(Node h) {
        //获取h结点的右子节点，标识为x
        Node x = h.right;
        //让x的左子节点成为h结点的右子节点
        h.right = x.left;
        //让h成为x结点的左子节点
        x.left = h;
        //让x结点的color成为h结点的color
        x.color = h.color;
        //让h结点的color属性变为红色
        h.color = RED;

        return x;
    }

    /**
     * 右旋
     *
     * @param h
     * @return
     */
    private Node rotateRight(Node h) {
        //获取h结点的左子节点，标识为x
        Node x = h.left;
        //让x的右子节点成为h结点的左子节点
        h.left = x.right;
        //让h结点成为x的有右子节点
        x.right = h;
        //让x结点的color属性等于h结点的color属性
        x.color = h.color;
        //让h结点的color属性为红色
        h.color = RED;

        return x;
    }

    /**
     * 颜色反转，相当于拆分4-结点
     *
     * @param h
     */
    private void flipColors(Node h) {
        //当前结点变为红色
        h.color = RED;
        //左子节点和右子节点变为黑色
        h.left.color = BLACK;
        h.right.color = BLACK;
    }

    /**
     * 在整个树上完成插入操作
     *
     * @param key
     * @param value
     */
    public void put(Key key, Value value) {
        root = put(root, key, value);
        //根节点的颜色总是黑色
        root.color = BLACK;
    }

    /**
     * 在指定树中，完成插入操作，并返回添加元素后新的树
     *
     * @param h
     * @param key
     * @param value
     */
    private Node put(Node h, Key key, Value value) {
        //判断h是否为空，如果是空，直接返回一个红色的结点
        if (h == null) {
            N++;
            return new Node(key, value, null, null, RED);
        }
        //比较h结点的键和k的大小
        int cmp = key.compareTo(h.key);
        if (cmp < 0) {
            //往左走
            h.left = put(h.left, key, value);
        } else if (cmp > 0) {
            //往右
            h.right = put(h.right, key, value);
        } else {
            //替换
            h.value = value;
        }

        //左旋：当当前结点左子节点为黑色，右子节点为红色
        if (isRed(h.right) && !isRed(h.left)) {
           h = rotateLeft(h);
        }

        //右旋:当当前结点的左子节点和左子节点的左子节点都是红色时
        if (isRed(h.left) && isRed(h.left.left)) {
            h = rotateRight(h);
        }

        //颜色反转:当前结点的左子节点和右子节点都为红色时
        if (isRed(h.left) && isRed(h.right)) {
            flipColors(h);
        }

        return h;
    }

    /**
     * 根据key找到对应的值
     *
     * @param key
     * @return
     */
    public Value get(Key key) {
        return get(root, key);
    }

    /**
     * 从指定的树x中，查找key对应的值
     *
     * @param x
     * @param key
     * @return
     */
    private Value get(Node x, Key key) {
        if (x == null) {
            return null;
        }

        //比价x结点的键和可以的大小
        int cmp = key.compareTo(x.key);

        if (cmp < 0) {
            return get(x.left, key);
        } else if (cmp > 0) {
            return get(x.right, key);
        } else {
            return x.value;
        }

    }

}
